一种纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料及其制备方法，先将石墨烯、碳纳米管复配，经研磨得纳米碳材料复配体；然后将纳米碳材料复配体分散于对二氯苯熔体中，经原位聚合反应制得纳米碳材料/PPS纳米复合材料；将纳米碳材料/PPS纳米复合材料与弹性体及相关助剂置于双螺杆挤出机中，经挤出和切粒，得纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料。本发明专利技术采用纳米碳材料的复配体，使得其更容易在PPS基体中形成三维网络结构，从而易于形成导电通道，制备出抗静电、电磁屏蔽、导电、导热PPS复合材料；弹性体的加入，使得复合材料在获得以上性能的同时，还能保持良好的力学性能，具备优良的综合性能，并且制备工艺简便，适合工业化大规模生产，所制备的PPS复合材料更适合用于5G、6G通信领域。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料及其制备方法
本专利技术方法属于高分子
，涉及功能化的纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料及其制备方法。
技术介绍
PPS是一种新型的综合性能优异的特种工程塑料，具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性等特点，其连续使用温度高达220～240℃，热变形温度在260℃以上，阻燃等级为UL94-V0级，在电子电气、汽车运输、航空航天领域具有广泛的应用前景。随着5G和6G通信技术的迅速发展，对材料轻量化的要求越来越高，高性能的塑料代替传统的金属材料已成为最主要的发展趋势，而PPS优异的性能是非常适合于5G和6G通信基站所需的相关材料的性能要求。通信用材料需要良好的抗静电或电磁屏蔽性能，某些场合甚至需要导电，但是PPS本身具有良好的电绝缘性能，因此，需要对其进行改性，使其具备抗静电、电磁屏蔽或导电的性能。石墨烯是已知的世上最薄、最轻的二维纳米碳材料，具有非凡的光学、电学和力学特性，被称为“新材料之王”，是当今纳米科学和纳米
研究最为热点的材料之一。它是目前室温下电导率最高的材料，也是已发现的材料中强度最强的材料。其理论热导率高达5300W/mK。碳纳米管是一维的碳纳米材料，与石墨烯相似，同样具有优异的力学性能和导电性能，室温下，单根单壁碳纳米管沿着轴向的热导率高达6000W/mK。由于比重轻、具有超高的电导率和强度、且兼具柔韧性，相比于传统的导电填料，石墨烯和碳纳米管在提高聚合物材料的导电性时具有许多明显的优势。实践表明，单独使用石墨烯或碳纳米管来改善聚合物材料导电性的效果，远不如使用石墨烯与碳纳米管复配体的效果。PPS本身韧性差、比较脆，添加少量的石墨烯和碳纳米管的复配体即可具有一定的增强和增韧效果，当复配体的含量较高时，聚合物基体的导电性、导热性会有明显的提高，但此时聚合物基体的韧性会下降，为了获得综合性能优良的复合材料，需要添加适量的增韧体。石墨烯、碳纳米管等纳米碳材料在聚合物的应用中面临一个大的难题就是分散问题，常用的熔融共混挤出的方法很难使纳米碳材料在聚合物基体较均匀的分散，中国专利CN103725004A和CN105482454A提到石墨烯、碳纳米管等改性PPS，均使用熔融共混挤出的方法，且单独使用石墨烯、碳纳米管或二者简单的共混，难以取得较好的效果。相比于熔融共混挤出的方法，原位聚合法则能更好的获得纳米碳材料比较均匀的分散在聚合物基体的效果，且原位聚合法具有较高的技术门槛。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用原位聚合的方法，将石墨烯与碳纳米管经有效复配后均匀的分散在基体中，并结合一定的弹性体，在显著提高PPS基体导电性的同时，使其能具有优异的综合性能。除非另外定义，本专利技术所使用的所有科技术语具有如本专利技术所属领域中的普通技术人员所共知的相同含义。在矛盾的情况下，以包括定义的本说明书为准。本专利技术描述了合适的方法和材料，但类似于或相当于本专利技术所述方法和材料可用于实施或检验本专利技术。本专利技术中，所述的份数都为质量份数。一种纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨烯与碳纳米管复配，经研磨得纳米碳材料复配体；所述石墨烯和碳纳米管的质量比为1:1；(2)将纳米碳材料复配体分散于对二氯苯熔体中，经原位聚合反应制得纳米碳材料/PPS纳米复合材料；(3)将纳米碳材料/PPS纳米复合材料与弹性体及相关助剂置于双螺杆挤出机中，经挤出和切粒，得纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料。进一步方案，所述步骤(1)中的石墨烯是指纯石墨烯粉体或浆体，层数为10层以下，比表面积为50～2500m2/g；所述的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管粉体或浆体，其直径为0.4～50nm，长度为0.01～5000um，比表面积为10～900m2/g；所述的复配体含量占PPS质量的0.5～5％；所述步骤(1)中，石墨烯与碳纳米管复配时需要加入表面活性剂或分散剂；所述的表面活性剂或分散剂为N-甲基吡咯烷酮、NN-二甲基甲酰胺或乙醇中的一种及一种以上；所述步骤(2)中的分散为大功率超声与高速搅拌的组合方式；所述的超声功率为1000～5000瓦，搅拌速度为1000～2500r/min，分散5～10分钟；所述步骤(2)中的原位聚合过程为：首先，将含结晶水的硫化钠(Na2S.9H2O)进行脱水处理；其次，在催化剂(无水LiCl)、调节剂(NaOH)和溶剂(NMP)的存在下，加入含纳米碳材料复配体的对二氯苯熔体，在一定的温度和压力下进行缩聚反应；再次，将充分反应后所得的混合浆料经过滤、洗涤等纯化工艺后得纳米碳材料/PPS树脂粉料；所述步骤(3)中的弹性体是指热塑性弹性体，具体选自聚酯类热塑性弹性体(TPEE)、聚烯烃类热塑性弹性体(TPO)、聚氨酯类热塑性弹性体(TPU)和苯乙烯类热塑性弹性体(TPES)，优选TPEE和TPO，其含量占PPS质量的5～10％。所述步骤(3)中的相关助剂是指抗氧剂、相容剂和润滑剂；所述的抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，具体选自N，N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(1098)、三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯(1010)、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮(1790)和双(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(S-9228)中的一种或多种组合的复配，优选抗氧剂1790与S-9228的复配或抗氧剂1098与168的复配，其含量占PPS质量的0.05～3％；所述的相容剂选自PP-g-MAH，PE-g-MAH，SEBS-g-MAH和ABS-g-MAH，优选ABS-g-MAH，其含量占PPS质量的4～8％；所述的润滑剂选自选自硬脂酸钙、硬脂酸锂、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸酰胺和硅酮粉中的一种或多种，优选硬脂酸钙和硬脂酸锌，其含量占PPS质量的0.1～5％；所述步骤(3)中的纳米碳材料/PPS纳米复合材料与弹性体及相关助剂在挤出前需要干燥，干燥温度为80～120℃，干燥时间为5～12小时。更进一步的方案，所述步骤(3)中的双螺杆挤出机的长径比为30～50，优选35；所述的挤出温度为270～330℃，挤出速率为250～450r/min，优选350r/min。本专利技术的另一个目的是提供经上述制备方法制备的纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料。本专利技术中所采用的石墨烯、碳纳米管、弹性体和PPS原料均为成熟的产品。加工设备是现有设备，各种加工工艺均是本领域比较成熟的生产工艺。本专利技术中除加入抗氧剂、相容剂和润滑剂外，还可以依据需要选择性的加入适量的增塑剂、热稳定剂、光稳定剂、发泡剂、防雾剂、固化剂、交联剂、偶联剂等助剂，这些助剂均为本领域常用且公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)将石墨烯与碳纳米管复配，经研磨得纳米碳材料复配体；/n(2)将纳米碳材料复配体分散于对二氯苯熔体中，经原位聚合反应制得纳米碳材料/PPS纳米复合材料；/n(3)将纳米碳材料/PPS纳米复合材料与弹性体及相关助剂置于双螺杆挤出机中，经挤出和切粒，得纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将石墨烯与碳纳米管复配，经研磨得纳米碳材料复配体；
(2)将纳米碳材料复配体分散于对二氯苯熔体中，经原位聚合反应制得纳米碳材料/PPS纳米复合材料；
(3)将纳米碳材料/PPS纳米复合材料与弹性体及相关助剂置于双螺杆挤出机中，经挤出和切粒，得纳米碳材料/PPS/弹性体复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的石墨烯是指纯石墨烯粉体或浆体；所述石墨烯层数为10层以下；所述石墨烯比表面积为50～2500m2/g；和/或，
所述步骤(1)中的碳纳米管是指单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管的粉体或浆体；所述碳纳米管直径为0.4～50nm；所述碳纳米管长度为0.01～5000um；所述碳纳米管比表面积为10～900m2/g；和/或，
所述步骤(1)中石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1；和/或，
所述的复配体含量占PPS质量的0.5～5％。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中石墨烯与碳纳米管复配时需要加入表面活性剂或分散剂；所述的表面活性剂或分散剂为N-甲基吡咯烷酮、NN-二甲基甲酰胺或乙醇中的一种以上。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的分散为超声与搅拌的组合方式；所述的超声功率为1000～5000瓦；搅拌速度为1000～2500r/min；分散时间为5～10分钟。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的原位聚合过程包括以下步骤：
(1)将含结晶水的硫化钠进行脱水处理；
(2)在催化剂、调节剂和溶剂的存在下，加入含纳米碳材料复配体的对二氯苯熔体，在一定的温度和压力下进行缩聚反应；
(3)将充分反应后所得的混合浆料经过滤、洗涤等纯化工艺后得纳米碳材料/PPS树脂粉料。


6.根据权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨桂生，付绪兵，
申请(专利权)人：上海杰事杰新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31